揭秘中华绒螯蟹 TGF-β 超家族：基因奥秘与生命进程调控密码

《Scientific Reports》：Genome-wide identification of the TGF-β superfamily and their expression in the Chinese mitten crab Eriocheir sinensis

为解决中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）养殖面临的性早熟、生长缓慢等问题，研究人员开展了中华绒螯蟹 TGF-β 超家族基因的研究。他们鉴定出 9 个该家族基因，发现其在胚胎发育、肢体再生等过程中表达各异。该研究为探究蟹类生长、发育及环境适应机制提供了依据。

　　在水产养殖的广阔天地里，中华绒螯蟹凭借独特风味和高营养价值，成为备受追捧的 “明星”，其 2022 年养殖产量高达 815,318 吨。然而，如同前行路上布满荆棘，中华绒螯蟹养殖面临着诸多棘手难题。性早熟现象打乱了它们正常的生长节奏，致使生长速度放缓、存活率降低，疾病也趁虚而入，严重阻碍了产业发展。为破解这些困境，探寻其生长、性别分化及环境适应的遗传调控机制迫在眉睫。

在此背景下，闽江大学的研究人员挺身而出，开启了对中华绒螯蟹 TGF-β（Transforming growth factor-β，转化生长因子 -β）超家族基因的深入研究。TGF-β 超家族作为一类多功能细胞因子，广泛参与细胞增殖、分化、凋亡等重要生命活动，在众多生物进程中扮演关键角色。但此前，针对蟹类 TGF-β 超家族的研究仅局限于个别基因，缺乏系统性。此次研究成果发表于《Scientific Reports》，为揭开蟹类生命奥秘带来新曙光。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，从 NCBI 数据库下载中华绒螯蟹基因组及注释文件，借助 BLAST 和 HMM 程序，搜索 TGF-β 超家族候选基因，再利用 TBtools 软件确认保守结构域，预测蛋白质理化性质。其次，构建系统发育树，分析基因进化关系。此外，通过提取 NCBI SRA 数据库的转录组数据，研究基因在不同发育阶段、组织及应激条件下的表达情况，还用 RT-qPCR（逆转录 - 定量聚合酶链式反应）对部分基因表达结果进行验证。

研究结果如下：

1. TGF-β 超家族基因的鉴定与特征：成功鉴定出 9 个 TGF-β 超家族基因，包括 EsBMP2、EsBMP3 等。这些基因编码的蛋白质氨基酸数量在 338 - 510 之间，理化性质各有差异，多数蛋白质不稳定指数超 40，均为亲水性。
2. 系统发育分析：构建的系统发育树显示，中华绒螯蟹与其他蟹类、虾类基因聚类，且氨基酸序列高度保守。
3. 保守基序和基因结构：共鉴定出 20 个保守基序，不同基因基序数量差异大，同一亚家族基因基序相似。基因编码序列（CDS）数量也不同，EsBMP10 和 EsBMP15 有 6 个 CDS，部分基因有 5 个，其他则含 2 - 4 个。
4. 时空表达谱：在胚胎发育阶段，EsBMP2 在卵裂期（4 d）高表达，EsBMP7 从囊胚期（12 d）到心跳期（34 d）持续表达。在不同组织中，EsBMP2、EsBMP7 和 EsBMP10 在鳃中高表达，在肝胰腺中低表达。
5. 肢体再生和蜕皮阶段的表达谱：肢体再生时，肌肉中 EsBMP2 在 15 d 表达最高，EsBMP7 在对照组表达高于再生期；眼柄中 EsBMP7 在对照组和再生组（15 d）表达无差异。蜕皮过程中，鳃中 EsBMP2、EsBMP7 和 EsBMP10 在不同蜕皮阶段高表达且有波动。
6. 不同非生物胁迫下的表达谱：在纳米塑料（Np）、镉（Cd）暴露等胁迫下，鳃中 EsBMP2、EsBMP7 和 EsBMP10 表达变化显著；空气暴露和高盐胁迫时，这些基因在鳃或血细胞中的表达也有明显改变。

研究结论和讨论部分指出，中华绒螯蟹 TGF-β 超家族基因数量与其他无脊椎动物相近，低于脊椎动物。EsBMP2 和 EsBMP7 可能是控制胚胎早期发育的关键基因，它们在肢体再生、蜕皮和环境应激响应中发挥重要作用。这一研究成果为深入理解中华绒螯蟹生长、发育和环境适应机制提供了重要依据，有助于推动蟹类养殖产业的可持续发展，为解决实际生产问题带来新的思路和方向。